Optimasi Pembangkit Listrik Hibrid (Diesel-Surya-Angin) Di Desa Si Onom Hudon 7 Kecamatan Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara

DAFTAR PUSTAKA

[1] Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkit energi listrik. Jakarta: Erlangga

[2] Kadir, Abdul.1996. Pembangkit tenaga listrik. UI: UI press

[3] Vani, Nitin & Vikas Khare. 2013. Rural electrivication system based on hybrid energy system model optimization using homer. Canadian:

departemen of electrical and electronic engineering VITS MITM

[4] Chauhan, Anurag & Saini. 2015. Renewable energy based off-grid rural electrification in uttrachand state of india: Technology options, modelling method, barriers and recommendations. India: india institute of technology roorke.

[5] Shahinzadeh, Hossein, Gevork B. Gharehpetian, S. Hamid Fathi &Sayed Mohsen Nasr-Azadani. 2015. Optimal Planning of an Off-grid Electricity Generation with Renewable Energy Resources using the HOMER Software. Tehran: Department of Electrical Engineeing, Amirkabir University of Technology.

[6] Kunaifi. 2010. Program homer untuk studi kelayakan pembangkit listrik hibrida di profinsi riau. Riau: universitas islam riau

[7] Nugroho, Dedi & Syarifuddin mahmudsyah, hery suryotmojo.2013. Optimasi pembangkit listrik tenaga bayu dan diesel menggunakan software homer. ITS

[8] Yudha, Sean.2013. Analisa pembangkit listrik hibrida diesel dan energi terbarukan di pulau mandangin. Universitas brawijaya

[9] Permana, Ditto Adi.2013. Studi analisis pembangkit listrikhibrid di pulau karimunjawa. Universitas brawijaya

[10] Sitompul, Darwin.2015. Ekonomi Teknik.USU [12] Ginting, Elisabet. 2013. Ekonomi teknik. USU [13] http://eosweb.larc.nasa.gov

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian akan dilaksanakan di desa Si Onom Hudon 7 Kecamatan Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara. Penelitian akan dilaksanakan setelah seminar proposal telah disetujui. Lama penelitian direncanakan selama 1 (satu) bulan.

3.2 Bahan dan Peralatan

Adapun bahan-bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah data kondisi lingkungan desa, penduduk desa, latar belakang desa, jumlah penduduk, jumlah perumahan, jumlah fasilitas umum, kondisi radiasi matahari, kondisi angin. Peralatan yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah software HOMER 2.81.

3.3 Pelaksanaan Penelitian

Dalam melaksanakan penelitian, dilakukan pengambilan data yang dibutuhkan terlebih dahulu. Data yang diperoleh selanjutnya diolah dan disimulasikan menggunakan software HOMER 2.81 untuk mendapatkan pembangkit hibrid paling optimum. Data yang diterima dari hasil simulasi tersebut kemudian dilakukan analisa terhadapnya.

3.4 Variabel yang Diamati

Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian ini meliputi: - Net present cost

- Total biaya yang dibutuhkan - Emisi yang dihasilkanya - Perbandingan daya output

3.5 Prosedur Penelitian

Berdasarkan diagram alir flowchart, teknik perhitungan dan pengolahan dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut:

Mulai

1. Survei lapangan mencari data desa, data penduduk, data potensi pembangkit, latar belakang desa

2. pembuatan daftar beban listrik 3. pembuatan profil beban listrik

Masukkan data beban harian

Masukkan sumber daya energi surya, bayu, mikrohidro dan diesel

Persyaratan Operasi Sensitivitas memenuhi Tambahkan variabel sensitivitas Hitung Biaya Biaya minimum memenuhi Sistem efektif Selesai N Y Pembangkit hibrid dapat dibangun

1. Survei lapangan mencari data desa

Dalam hal ini saya langsung terjun menuju desa Si Onom Hudon 7 untuk melihat keadaaan lingkungan, keadaaan penduduk, potensi pembangkit, mata pencaharian, perumahan, intensitas radiasi matahari. Hal ini langsung dikerjakan melalui kepala desa setempat. Meminta data penduduk dari kepala dasa, melakukan wawancara dengan kepala desa dan penduduk setempat.

2. Pembuatan daftar beban listrik

Melalui survei desa diperoleh jumlah penduduk, jumlah fasilitas umum. Maka diperoleh beban listrik desa Si Onom Hudon 7, maka dibuat rencana pembangunan pembangkit hibrid dengan kapasitas sesuai kebutuhan penduduk setempat.

3. Pembuatan profil beban listrik

Dilakukan perhitungan jumlah seluruh beban beban listrik. Mulai dari perumahan, fasilitas umum jalan dll. Kebutuhan daya desa dilayani oleh pembangkit hibrid.

4. Masukkan data beban harian

Jika data beban telah diperoleh maka dibuat periode beban listrik, dibuat peramalan beban baik untuk harian maupun bulanan. profil beban dimasukkan ke software HOMER untuk dilakukan perhitungan.

5. Masukkan sumber daya energi surya, angin, dan diesel

Dengan diperolehnya data beban, dan periode beban maka kombinasi pembangkit angin, surya, dan diesel dapat dibuat sesuai kebutuhan.

Syarat yang dimaksut adalah profil beban listrik apakah sudah tercapai oleh pembangkit hibrid yang direncanakan.

7. Sensitivitas

Dengan pembangkit hibrid yang dibangun tentu kita memikirkan masalah ekonomis. Jika secara ekonomi pembangkit yang dibangun dapat bertahan dari gejolak ekonomi maka sensitivitas memenuhi maka tambahkan variabel sensitivitas ke software HOMER. Jika analisis sensitivitasnya tidak memenuhi maka kembali lakukan perhitungan biaya untuk meminimalisir kebutuhan biaya tetap dan biaya variabel. Setelah sensitivitas memenuhi maka lakukan perhitungan maka diperoleh biaya minimum.

8. Biaya minimum

Dengan kombinasi ke tiga pembangkit maka tentu dibutuhkan biaya untuk pengadaan pembangkit. Diharapkan kita tidak hanya dapat menerangi desa tetapi secara ekonomi kita memperoleh keuntungan. Dengan software homer dlakukan perhitungan biaya. Maka jika sistem efektif pembangkit hibrid dapat dibangun. Jika biaya minimum diperoleh sistem dinyatakan efektif, tetapi jika biaya minimum tidak diperoleh kembali analisis persyaratan operasi. Jika sistem telah efektif maka pembangkit hibrid dapat dibangun.

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Informasi Umum Desa Si Onom Hudon 7

Lokasi : 02019’ 17,39’’ N 98027’ 23,13 E Jumlah KK : 133

Jumlah rumah ibadah : 4

Puskesmas : 1

Kantor desa : 1

Sekolah : 2

Adapun lokasi desa Si Onom Hudon 7 deperoleh melalui survei langsung ke tempat dan melihat lokasi dengan bantuan google earth. Untuk data jumlah penduduk diperoleh dari Kepala Desa setempat dengan jumlah 133 kepala keluarga. Jumlah rumah ibadah ada empat, puskesmas satu, kantor kepala desa satu dan memiliki dua gedung sekolah dasar.

4.2 Analisi Beban Listrik Desa Si Onom Hudon 7

Jika jumlah KK di desa Si Onom hudon 7 berjumlah 133 KK, setiap KK dipatok dengan 200 Watt maka untuk jumlah seluruh KK dibutuhkan total listrik sebesar 26.600 Watt. Kebutuhan listrik sekolah diperkirakan 300 Watt maka jika jumlah sekolah ada 2 jumlah total beban listrik untuk sekolah sebesar 600 Watt. Kebutuhan listrik tempat ibadah diperkirakan 300 Watt, tempat ibadah ada 4 maka

jumlah total kebutuhan listrik tempat ibadah adalah 1200 Watt. Kebutuhan listrik puskesma diperkirakan sebesar 300 Watt dengan jumlah puskesmas sebanyak 1. Kebutuhan listrik kantor pengurus desa sebasar 300 Watt. Untuk penerangan umum (untuk penerangan jalan) diperkirakan membutuhkan 500 Watt. Dapat dilihat seperti tabel 4.1.

Tabel 4.1 Perkiraan beban listrik desa Si Onom Hudon 7

No Nama beban jlh unit kapasitas(W) JLh beban (Watt)

1 Jumlah KK

133.00 200.00 26,600.00

2 Sekolah

2.00 300.00 600.00

3 Tempat Ibadah

4.00 300.00 1,200.00 Kantor Kepala Desa

1.00 300.00 300.00

4 Puskesmas

1.00 300.00 300.00 5 Penerangan Umum

5.00 100.00 500.00 JLH 29,500.00

Jika jumlah keseluruhan beban diakumulasikan maka total beban desa Si Onom Hudon 7 diperkirakan sebesar 29.500 Watt setara dengan 29,5 kW. Diprediksi desa Si Onom Hudon 7 akan terus berkembang dengan jumlah beban akan semakin meningkat maka kita merancang pembangkit hibrid diperkirakan akan mampu menjawab kebutuhan listrik beberapa tahun ke depan.

diperkirakan beban rumah tangga, penerangan umum seluruhnya menyala. Untuk beban terendah diperkirakan terjadi pada pukul 07.00-15.00 diperkirakan semua beban rumah tangga padam yang menyala hanya beban sekolah dan puskesmas. Dalam peramalan beban ini juga tidak membedakan hari libur atau hari kerja karena desa seperti Si Onom Hudon 7 tidak memiliki banyak perubahan dalam hal perbedaan hari terhadap kebutuhan beban.

Gambar 4.1 Grafik perkiraan peramalan beban desa Si Onom Hudon 7

Hour

Load (kW)

00:00-01:00

5

01:00-02:00

4

02:00-03:00

3

03:00-04:00

3

04:00-05:00

15

05:00-06:00

10

06:00-07:00

2

07:00-08:00

2

09:00-10:00

2

10:00-11:00

2

11:00-12:00

1

12:00-13:00

1

13:00-14:00

1

14:00-15:00

2

15:00-16:00

2

16:00-17:00

4

17:00-18:00

20

18:00-19:00

20

19:00-20:00

20

20:00-21:00

20

21:00-22:00

20

22:00-23:00

18

23:00-00:00

15

4.3 Perancangan dan Optimasi Pembangkit Listrik Hibrid

4.3.1 Sistem Diesel Tunggal

Gambar 4.2 Sistem genset tunggal

Pada sistem diesel tunggal mesin genset menjadi satu-satunya sumber untuk melayani keseluruhan beban. Dalam kondisi dan waktu beban bagaimanapun genset tetap hanya sendiri melayani kebutuhan akan energi listrik.

Mesin diesel yang digunakan adalah jenis genset lovol 32 kW prime power type 1004G, dengan harga sebesar $ US 8590 (Rp 116,952,850.00).

Berdasarkan gambar 4.2 kita dapat melihat beban listrik 27 kW peak 202 kWh/d dilayani oleh genset tunggal dengan kapasitas sebesar 32 kW. Beban listrik bersifat AC sehingga tidak perlu menggunakan konverter ataupun baterai, genset secara langsung melayani beban. Supaya dapat beroperasi genset menggunakan bahan bakar dengan harga $ US 0,510/liter. Untuk melihat sensitivitas sistem terhadap kenaikan BBM, maka dibuat percobaan dengan bahan bakar seharga $ US 0,518/liter dan $ US 0,624/liter.

Gambar 4.3 Tampilan harga bahan bakar pada HOMER

Gambar 4.4 Tampilan indeks bunga dan project lifetime pada HOMER

Mesin diesel yang digunakan adalah jenis genset lovol 32 kW prime power type 1004G, dengan harga sebesar $ US 8590 dengan raplacement $ US 859 seperti pada gambar 4.5 di bawah.

Adapun optimasi dengan menggunakan sistem diesel tunggal dapat dilihat seperti pada tabel 4.3 .

Tabel 4.3 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel tunggal

Tabel 4.4 Analisis sensitivitas sistem pembangkit genset tunggal

Gambar 4.6 Total NPC paling optimum sistem pembangkit tunggal

Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat jika genset tunggal 32 kW dioperasikan untuk melayani beban di desa Si Onom Hudon 7 maka dibutuhkan initial capital sebesar $ US 8.590 dengan operating cost 26.034 $ US/thn, total NPC sebesar $ US 341.390, COE sebesar 0.362 $ US/kWh, jumlah BBM 50.068 L. Jika terjadi kenaikan BBM menjadi $ US 0,518 maka NPC paling optimal adalah $ US 346.212. Sedangkan jika kenaikan BBM mencapai $ US 0,624 maka NPC nya mencapai $ US 414.056.

Gambar 4.7 Sistem hibrid diesel-surya

HOMER memiliki fitur yang membuat pengguna dapat mencari data yang diperlukan untuk analisis sistem. Homer terhubung langsung dengan situs resmi NASA (National Aeronautics and Space Administration). Data surface meteorology and solar energy (SMSE) diperoleh dari NASA. Database NASA SMSE berasal dari parameter meteorologi dan energi matahari yang dicatat selama 25 tahun oleh lebih dari 200 satelit.

Gambar 4.8 Rata-rata radiasi matahari bulanan pada permukaan horizontal di desa Si

Onom Hudon 7

Dari tabel 4.6 dan gambar 4.8 dapat kita lihat bahwa desa Si onom Hudon 7 memiliki radiasi matahari yang cukup berpotensi untuk mengoptimalkan solar cell dalam menghasilkan energi listrik

Tabel 4.7 Perkiraan Biaya PLTS N

o Nama

Jumla h

Harga ($

US US) Harga (RP) Panel surya monocristaline Rp

size=1470 x 680 x 35mm

2 Biaya Pengiriman

Rp 10,000,000.00 3

Biaya instalasi dan setting

PLTS

Rp 50,000,000.00

4 Besi penyangga PV

Rp 8,000,000.00

5 Pembuatan pondasi

Rp 3,000,000.00 6

Biaya pengiriman alat-alat

penyangga dan rak

Rp 3,000,000.00

7 Biaya Pengerjaan rak

Rp 5,000,000.00

8 Baut,cat, tiner

Rp 3,000,000.00

JLH

$ US 12,222.7 7

Rp 166,413,000.00

Genset yang digunakan adalah genset yang memiliki spesifikasi yang sama dengan genset yang dijelaskan pada bagian perancangan genset tunggal di atas yaitu genset 32 kW. PV yang digunanakan adalah jenis monocristaline silicone 1470*680*35 mm, dengan kapasitas total 10 kW dengan biaya pengadaanya sebesar $ US 12.222. Spesifikasi masukan modul surya dapat dilihat pada gambar 4.9.

Gambar 4.9 Spesifikasi modul surya pada HOMER

Spesifikasi genset yang digunakan pada sistem diesel-surya ini sama dengan spesifikasi sistem genset tunggal. Tegangan output yang dihasilkan oleh energi terbarukan dalam hal ini adalah tegangan DC, dibutuhkan baterai untuk menyimpan daya yang dihasilkan kapasitas baterai dihitung sebagai berikut.

Ah = ��� � � _,9 Ah = _,9

Ah = �ℎ = �ℎ

Baterai yang digunakan ada 2 set jenis Hoppecke 10 OpzS 600 yang masing-masing berkapasitas 600 Ah. Tampilan pada HOMER dapat dilihat pada gambar 4.10.

Gambar 4.10 Spesifikasi baterai yang digunakan pada HOMER dalam sistem

diesel-surya

Jika energi yang tersimpan dalam baterai digunakan melayani beban harus menggunakan konverter. Adapun kapasitas konverter adalah 30 kW. Spesifikasi pada HOMER dapat dilihat pada gambar 4.11

Gambar 4.11 Spesifikasi konverter yang digunakan diesel-surya pada HOMER

Maka diperoleh hasil optimal sbb:

Tabel 4.8 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya (D32+S10)

Gambar 4.12 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya (D32+S10)

Tabel 4.10 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+S10)

Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jika sistem hibrid diesel 32 kW dan surya 10 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 290.070 dengan capital cost sebesar $ US 27.179.

Pada spesifikasi yang sama untuk diesel dan dengan menambah jumlah PV menjadi 20 kW. Maka diperoleh data optimasi sebagi berikut:

Tabel 4.11 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya (D32+S20)

Gambar 4.14 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya (D32+S20)

Gambar 4.15 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan PV (D32+S20)

Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW dan surya 20 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 281.439 dengan capital cost sebesar $ US 35.401.

4.3.3 Sistem Hibrid Diesel-Angin

Pada sistem ini beban listrik dilayani oleh diesel 32 kW dan turbin angin. Untuk menyimpan energi dari turbin angin digunakan baterai dengan spesifikasi yang sama dengan sistem yang lain yang telah dibahas. Juga dibutuhkan konverter untuk menyearahkan sisa daya keluaran genset dan juga untuk mengubah tegangan DC baterai menjadi AC jika ingin digunakan melayani beban.

Gambar 4.17 Spesifikasi turbin angin pada HOMER

Pada gambar 4.17 dapat kita lihat tampilan spesifikasi turbin angin pada homer , dengan jumlah turbin angin sebanya 10 masing-masing 1 kW dengan capital cost $ US 15.415 dan dengan replacement $ US 1.545.

Tabel 4.15 Analisis sensitivitas sistem pembangkit diesel-surya (D32+A10)

Gambar 4.18 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-angin (D32+A10)

Gambar 4.19 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan turbin angin (D32+A10)

Tabel 4.16 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+A10)

Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW dan turbin angin 10 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 296.425 dengan capital cost sebesar $ US 26.372.

Untuk melihat kondisi paling optimum kita juga mencoba untuk sistem mesin diesel dan turbin angin dengankapasitas turbin angin 20 kW dengan jumlah 20 turbin. Spesifikasi turbin angin pada HOMER dapat diihat pada gambar 4.20.

Gambar 4.20 Spesifikasi turbin angin pada HOMER

Kita memperoleh kondisi paling optimum dari sistem diesel dan angin seperti pada tabel 4.17.

Tabel 4.17 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-angin (D32+A20)

Gambar 4.21 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-angin (D32+A20)

Tabel 4.19 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+A20)

Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW dan angin 20 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 287.257 dengan capital cost sebesar $ US 41.787.

Gambar 4.23 Sistem hibrid diesel-surya-angin

Beban yang akan dilayani adalah AC. Tegangan keluaran genset adalah AC sehingga bisa langsung melayani beban tanpa melalui konverter. Pada saat baterai kosong (tidak cukup melayani beban) genset melayani beban supaya tidak terjadi pemborosan sisa daya genset dimana daya genset lebih besar dari beban, maka daya sisa genset disimpan ke dalam baterai. Melalui konverter keluaran diesel disearahkan menjadi DC sehingga dapat disimpan dalam baterai. Keluaran daya energi terbarukan (angin dan surya) adalah DC disimpan dalam baterai. Ketika baterai penuh, maka genset dimatikan. Baterai menyuplai beban melalui konverter tegangan DC diubah menjadi AC untuk melayani beban AC.

Gambar 4.24 Kecepatan angin rata-rata tahunan di desa Si Onom Hudon 7

Tabel 4.21 Perkiraan Biaya PLTAngin

No Biaya awal investasi Biaya (Rp) Biaya ($ US) 1 Turbin angin (Bergey XL.1

1KW wind turbin sebanyak 10 turbin)

Rp

135,877,700.00

$ US 9,980.00

2 Menara Rp

10,000,000.00

$ US 734.48

3 Fondasi Rp

4,000,000.00

$ US 293.79 4 Pemasangan di lokasi Rp

50,000,000.00

$ US 3,672.42 5 Biaya pengiriman Rp

10,000,000.00

$ US 734.48 Rp

209,877,700.00

$ US 15,415.18

Spesifikasi genset, PV, baterai dan inverter yang digunakan dalam sistem diesel,surya dan angin ini memiliki sfesifikasi yang sama dengan sistem yang lain. Generator angin yang digunakan adalah jenis Turbin angin Bergey XL.1 1KW wind turbin sebanyak 10 turbin, dengan harga $ US 15415. Spesifikasi dapat dilihat pada gambar 4.16

Hasil optimal:

Tabel 4.22 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya-angin(D32+A10+S10)

Gambar 4.27 Diagram perbandingan suplai daya genset, turbin angin dan PV

Tabel 4.24 Analisis emisi sistem diesel-surya-angin

Berdasarkan gambar di atas dapat kita lihat, jikas sistem hibrid diesel 32 kW, surya 10 kW dan turbin angin 10 kW digunakan untuk melayani beban listrik desa Si Onom Hudon 7 maka hasil paling optimal diperoleh dengan NPC sebesar $ US 274.222 dengan capital cost sebesar $ US 38.594.

4.4 Analisis Parameter

4.4.1 Net Present Cost/biaya siklus hidup(NPC)

Berdasarkan analisis net present cost sistem yang paling optimal adalah sistem hibrid dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin angin 1 kW dan 10 kW PV dengan nilai NPC sebesar $ US 274.222. Parameter net present cost adalah parameter utama untuk meihat kondisi paling optimum dari suatu pembangkit hibrid.

Gambar 4.28 Perbandingan Net Present Cost (NPC)

4.4.2 Biaya investasi/Capital cost

Berdasarkan analisis capital cost sistem yang paling optimal adalah sistem mesin diesel tunggal dengan capital cost sebesar $ US 8.590.

Tabel 4.26 Perbandingan Biaya investasi/Capital Cost Diesel (kW)Surya (kW)Angin (kW)

32 0 0 341,390.00 4,648,024,850.00 32 10 0 290,070.00 3,949,303,050.00 32 20 0 281,439.00 3,831,791,985.00 32 10 10 274,222.00 3,733,532,530.00 32 0 10 296,425.00 4,035,826,375.00 32 0 20 287,257.00 3,911,004,055.00

Sistem

NPC($ US) NPC (Rp)

50,000.00 100,000.00 150,000.00 200,000.00 250,000.00 300,000.00 350,000.00 400,000.00

Gambar 4.29 Perbandingan Capital Cost

4.4.3 Konsumsi bahan bakar/Fuel Consumtion

Berdasarkan parameter fuel consumtion maka sistem yang paling optimum adalah sistem hibrid dengan dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin angin 1 kW dan 10 kW PV dengan nilai fuel consumtion sebesar 33.158 Liter bahan bakar,

Tabel 4.27 Perbandingan Fuel Consumtion Diesel (kW) Surya (kW)Angin (kW)

32 0 0 8,590.00 116,952,850.00 32 10 0 23,179.00 315,582,085.00 32 20 0 35,401.00 481,984,615.00 32 10 10 38,594.00 525,457,310.00 32 0 10 26,372.00 359,054,780.00 32 0 20 41,787.00 568,930,005.00

Sistem

Capital Cost ($ US) Capital Cost (Rp)

5,000.00 10,000.00 15,000.00 20,000.00 25,000.00 30,000.00 35,000.00 40,000.00 45,000.00

Gambar 4.30 Perbandingan Fuel Consumtuion

4.4.4 Biaya energy/ Cost of Energy (COE)

Berdasarkan nilai COE (Cost of Energy) hasil paling optimum adalah sistem hibrid dengan dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin angin 1 kW dan 10 kW PV dengan nilai COE sebesar $ US 0,29/kWh.

Tabel 4.28 Perbandingan COE Diesel (kW) Surya (kW) Angin (kW)

32 0 0 50,068.00 32 10 0 40,177.00 32 20 0 37,046.00 32 10 10 33,158.00 32 0 10 38,321.00 32 0 20 34,617.00

Sistem

Fuel Comsumtion (Liter)

10,000.00 20,000.00 30,000.00 40,000.00 50,000.00 60,000.00

Gambar 4.31 Perbandingan COE

4.4.5 Emisi gas karbon

Berdasarkan parameter emisi gas karbon maka pembangkit paling optimal adalah sistem dengan dengan satu unit 32 kW mesin diesel, 10 unit turbin angin 1 kW dan 10 kW PV dengan emisi 87.532 kg/tahun.

Tabel 4.29 perbandingan emisi gas karbon/carbon emission Diesel (kW) Surya (kW) Angin (kW)

32 0 0 0.36 32 10 0 0.31 32 20 0 0.30 32 10 10 0.29 32 0 10 0.32 32 0 20 0.31

Sistem COE($ US/kWh) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

D32 D32+S10 D32+S20 D32+S10+A10 D32+A10 D32+A20

COE ($ US/kWh)

Gambar 4.32 Perbandingan emisi gas karbon

Diesel (kW) Surya (kW) Angin (kW)

32 0 0 132,171.00

32 10 0 106,060.00

32 20 0 97,795.00

32 10 10 87,532.00

32 0 10 101,161.00

32 0 20 91,383.00

Sistem

Emission(kg/year)

50,000.00 100,000.00 150,000.00 200,000.00 250,000.00 300,000.00 350,000.00 400,000.00

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian diperoleh kesimplan sebagai berikut:

1. Masalah kelistrikan di Desa Si Onom Hudon 7 dengan beban puncak diprediksi sebesar 20 kW dapat diatasi dengan membangun pembangkit listrik hibrid yang terdiri dari pembangkit diesel, surya dan angin.

2. Pembangkit paling optimal didirikan di desa Si onom Hudon 7 adalah pembangkit hibrid dengan 32 kW mesin diesel, 10 kW PV surya, 10 kW turbin angin, konverter 30 kW, baterai 1200 Ah dengan total NPC sebesar $ US 274.222.

3. Semakin besar kapasitas energi terbarukan dalam suatu pembangkit maka pembangkit hibrid tersebut akan semakin optimal dengan nilai net present cost yang lebih kecil.

5.2 Saran

1. Untuk menghitung kapasitas kecepatan angin dan intensitas radiasi matahari dapat dilakukan melalui pengukuran langsung di tempat dan dibandingkan dengan hasil yang dicatat oleh NASA sehingga hasilnya lebih presisi.

2. Untuk peneliti selanjutnya dapat menganalisis pada daerah lain dengan melihat jenis pembangkit energi terbarukan lainya seperti minihidro, biomass dll.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Pembangkit Listrik Hibrid

Pembangkit listrik hibrid adalah pembangkit yang membangkitkan listrik di mana digunakan lebih dari satu macam pembangkit. Misalnya listrik tenaga surya (photovoltaic, PV) dipadu dengan genset, maka disebut hibrid PV-genset. Sistem hibrid yang pernah diterapkan di Indonesia adalah: hibrid Genset, hibrid PV-mikrohidro, hibrid PV-bayu (angin), dan bahkan hibrid PV-bayu-genset. Tetapi yang agak berbeda adalah kombinasi ini menggabungkan sumber energi yang dapat diperbaharui (renewable) dengan yang tidak dapat diperbaharui (unrenewable).

Renewable energy yang digunakan dapat berasal dari energi matahari, angin, surya dan lain-lain yang dikombinasikan sehingga menjadi suatu pembangkit yang lebih efisien, efektif dan handal. Untuk dapat mensuplai kebutuhan energi listrik, baik sebagai penerangan rumah atau kebutuhan peralatan listrik yang lain seperti TV, pompa air, setrika listrik, serta kebutuhan industri kecil di daerah tersebut. Dengan adanya kombinasi dari sumber-sumber energi tersebut, diharapkan dapat menyediakan catu daya listrik yang kontinyu dengan efisiensi yang paling optimal.

Adapun manfaat pembangkit listrik hibrid adalah:

4. Meningkatkan waktu layanan listrik secara ekonomis. Suatu sistem pembangkit hibrid biasanya dibangun dari:

1. Inverter dengan rating daya kontinyu 60% dari daya beban.

2. Satu atau dua mesin dan generator diesel yang biasanya memiliki kapasitas sama hingga 1,5 kali rating daya inverter dan dilengkapi sistem kontrol otomatis.

3. Sistem penyimpanan yang biasnya berupa bank baterai leadacid dengan kapasitas penyimpanan minimum tertentu.

4. Sistem pembangkit energi terbarukan seperti photovoltaic dilengkapi regulator.

5. Sistem kontrol berbasis mikroprosesor untuk keperluan monitoring dan otomasi managemen sistem.

Berbagai komponen sistem pembangkit hibrid tersebut dirangkai dalam beberapa konfigurasi yaitu:

1. Series hybrid system 2. Switched hybrid system 3. Parallel hybrid system

Pada penelitian ini digunakan konfigurasi parallel hybrid system seperti Gambar 2.1. Pada parallel hybrid system, generator diesel, turbin angin, surya dan bank baterai bersama-sama secara paralel menyuplai beban. Parallel hybrid system menggunakan inverter dua arah (bi-directional) yang dapat berfungsi sebagai inverter (mengubah daya dc menjadi ac) dan sebagai charger dan regulator (mengubah daya ac menjadi dc). Saat daya beban lebih rendah dari daya bank

baterai, maka beban disuplai oleh baterai melalui bi-directional inverter (yang berfungsi sebagai inverter) sedangkan generator diesel dipadamkan. Pada saat daya beban melebihi daya baterai namun lebih kecil dari daya generator diesel, generator diesel dinyalakan untuk mensuplai beban dan mengisi baterai dengan kelebihan dayanya. Pada saat ini bi-directional inverter berfungsi sebagai regulator dan charger. Pada saat daya beban lebih tinggi dari daya generator diesel, generator diesel tetap menyuplai beban sedangkan bi-directional inverter kembali berfungsi menjadi inverter lalu bersama-sama secara paralel menyuplai beban.

Konfigurasi parallel hybrid system memiliki beberapa keuntungan antara lain :

1) beban dapat dipenuhi secara optimal.

2) Efisiensi generator diesel tinggi sehingga mengurangi biaya perawatan. 3) Ukuran generator diesel dan komponen lain dapat diminimalisir sehingga

mengurangi biaya investasi.

Jika suatu sistem pembangkit hibrid dengan konfigurasi parallel hybrid system dilengkapi dengan pembangkit listrik energi terbarukan (Gambar 2.1), kehandalan dan efisiensi sistem akan meningkat, dan ukuran generator-generator makin kecil. Hal ini dimungkinkan karena generator diesel berubah fungsi menjadi back-up, sedangkan suplai utama berasal dari pembangkit energi terbarukan dan baterai.

Gambar 2.1 Contoh Parallel hybrid system

Gambar 2.2Parallel hybrid system dengan photovoltaic

Alasan teknis dimanfaatkannya sistem hibrid adalah sebagai berikut : saling melengkapi keunggulan dan kelemahan masing-masing pembangkit, misalnya untuk hybrid PV-mikrohydro, pada musim penghujan air banyak tetapi matahari relatif sedikit dan sebaliknya jika musim kemarau air akan sedikit

pembangkit: pada hybrid PV-genset, genset untuk memenuhi kebutuhan pada saat "peak load" , sedangkan pada saat "base load" genset dimatikan dan PLTS mencatu listrik ke jaringan, dengan demikian masing-masing pembangkit dapat beroperasi pada kapasitas optimalnya. Mengurangi ketergantungan pada suplai BBM.

Pada hybrid PV-genset pemakaian genset dapat dikurangi sampai dengan 75%, tanpa mengganggu suplai kebutuhan listrik, sehingga ketergantungan suplai BBM untuk genset dapat dikurangi. Meningkatkan keandalan (reliability) dan kualitas suplai listrik. Grid connected dapat meningkatkan keandalan dan kualitas suplai listrik karena listrik yang disuplai lebih stabil dan dapat diseting agar memiliki fungsi back up. Alasan ekonomisnya adalah meningkatkan efisiensi sistem pembangkit hibrid PV-genset mengurangi biaya operasional sistem, karena pada saat "base load" dimana kebutuhan listrik konsumen jauh dibawah kapasitas genset, maka genset dapat dimatikan dan PLTS menggantikan, sehingga genset tidak dibiarkan beroperasi pada kapasitas di bawah kapasitas optimum. Meningkatkan keandalan (reliability) dan pelayanan secara ekonomis.

Listrik pedesaan yang beroperasi 6-12 jam per hari dapat ditingkatkan menjadi beroperasi penuh 24 jam/hari secara ekonomis. Apabila peningkatan dilakukan dengan menggunakan genset saja maka investasi yang dibutuhkan kecil tetapi biaya operasi akan meningkat karena pada saat "base load" genset terus beroperasi, ketergantungan terhadap suplai BBM juga semakin tinggi (di pedesaan/pulau terpencil sulit diharapkan kepastian suplai BBM). Apabila peningkatan dilakukan dengan menambah PV saja, meskipun biaya operasi menjadi

menghindari penambahan investasi awal yang terlalu besar, menghindari biaya operasi yang besar, dan mengurangi ketergantungan terhadap suplai BBM.

2.2 Energi Terbarukan (Renewable Energy)

Energi terbarukan adalah energi yang tersedia di alam dan dapat di gunakan secara berkelanjutan dalam jangka panjang dengan persedian yang sangat melimpah ataupun tidak habis-habis. Berikut adalah jenis-jenis dari energi terbarukan (renewable energy) :

a. Biomassa b. Energi Surya c. Energi Angin d. Energi Air (Hydro)

e. Energi Pasang Surut (Tidal)

f. Energi Panas Bumi (Geo-Thermal) g. Fotosintetis

Energi terbarukan tentunya memiliki keunggulan dan kelemahan tertentu, seperti halnya energi konvensional. Berikut akan kita lihat apa saja keunggulan dan kelemahannya. Adapun keunggulan dari energi terbarukan adalah:

a. Ramah lingkungan

Energi terbarukan menghasilkan emisi gas yang sangat sedikit bahkan tidak ada sehingga terjamin aman bagi lingkungan jika dipergunakan dengan bijak. Tidak seperti energi fosil yang menghasilkan kadar CO dan CO2 yang menyebabkan pemanasan global dan kondisi udara yang tidak sehat.

Energi terbarukan tersedia di alam dengan melimpah tanpa harus membayarnya kita hanya mengoperasikannya.

c. Pasokan melimpah

Ketersediaannya sangat banyak di alam bahkan tidak pernah habis jika dipergunakan dengan bijak dan terkendali.

d. Mengurangi ketergantungan pada impor minyak

Minyak masih merupakan energi yang paling banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi nasional. Untuk memenuhi kebutuhan energi kita mengimpor dari luar negeri dengan harga mahal. Dengan mengoptimalkan energi terbarukan dapat mengurangi bahkan tidak lagi impor minyak dari luar negeri.

Energi terbarukan juga memiliki kelemahan diantaranya adalah: a. Biaya instalasi awal tinggi

b. Penyimpanan dan transportasi c. Belum handal

d. Belum efisien e. Tradisi

2.3 Pembangkit Tenaga Surya

Kawasan desa Si onom Hudon 7 memiliki tingkat radiasi cahaya matahai yang bagus dapat dilihat pada Gambar 2.3

Gambar 2.3 Kondisi pencahayaan di salah satu sudut Desa Si Onom Hudon 7

Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit yang memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil listrik. Alat utama untuk menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah photovoltaic yang disebut secara umum modul/panel solar cell. Dengan alat tersebut sinar matahari dirubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif di dalam sel modul tersebut karena perbedaan elektron. Hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung

dimanfatkan untuk mengisi

battery/aki sesuai tegangan dan arus yang diperlukan. Rata-rata produk modul solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC dan arus antara 0.5 s/d 7 Ampere. Secara umum ada dua pembangkit tenaga surya untuk menghasilkan energi listrik yaitu :

Dalam pembangkit ini energi cahaya matahari akan digunakan untuk memanasi suatu fluida yang kemudian fluida tersebut akan memanaskan air. Air panas akan menghasilkan uap yang digunakan untuk memutar turbin, sehingga dapat menghasilkan energi listrik.

2. Pembangkit surya photovoltaic (PV)

Pembangkit jenis ini memanfaatkan sel surya (solar cell) untuk mengkonversi radiasi cahaya menjadi energi listrik secara langsung.

Dalam sistem yang akan dirancang sistem pembangkit adalah menggunakan sistem PV. Energi sel surya (solar sel) adalah sumber energi yang dihasilkan oleh cahaya matahari yang di pancarkan ke bumi dan di dalam cahaya matahari tersebut terkandung foton yang nantinya dapat di konversi menjadi energi listrik. Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari hanya 69% dari total energi pancaran matahari diterima oleh permukaan bumi. Suplai energi dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi mencapai 3 x 1024 joule per tahun (setara dengan 2 x 1017 _{Watt). Jumlah energi sebesar ini setara dengan 10.000 kali} konsumsi energi di seluruh dunia saat ini.

Menutup 0,1% saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang memiliki efisiensi 10% sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini. Indonesia berpotensi untuk menjadikan solar sel sebagai salah satu sumber energi masa depannya mengingat posisi Indonesia pada daerah khatulistiwa.

900 hingga 1000 Watt. Total intensitas penyinaran per harinya di Indonesia mencapai 4500 watt hour/m2 _{yang membuat Indonesia tergolong kaya sumber} energi matahari ini. Bentuk solar sel dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Solar Sel

Photovoltaic merupakan proses perubahan cahaya menjadi energi listrik (photos: cahaya dan volta nama fisikawan italia yang menemukan tegangan listrik). Sistem pembangkit tenaga surya dapat dilihat pada gambar 2.5.

Teknologi photovoltaic merupakan suatu teknologi konversi yang mengubah cahaya (photo) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct conversion). Peristiwa ini dikenal sebagai efek foto listrik (photo electric effect). Di dalam proses konversi cahaya listrik tidak ada bagian yang bergerak, sehingga produk teknologi photovoltaic memiliki umur teknis yang panjang (>25 tahun). Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika temperature sel tetap normal (pada 25ºC), kenaikan temperature lebih tinggi dari temperature normal

Gambar 2.5 Sistem pembangkit tenaga surya

Setiap kenaikan temperature sel surya 1ºC (dari 25º) akan berkurang sekitar 0.4% pada total tenaga yang dihasilkan atau akan melemah hingga separuhnya untuk setiap kenaikan temperature sel 10ºC. Kecepatan angin di sekitar lokasi panel photovoltaic dapat membantu mendinginkan permukaan temperatur permukaan sel photovoltaic sehingga menaikkan efisiensi operasinya. Untuk dapat memperoleh sejumlah tegangan atau arus yang dikehendaki, maka umumnya masing-masing sel surya dihubungkan satu sama lain baik secara hubungan seri ataupun secara paralel, sehingga membentuk suatu rangkaian photovoltaic yang disebut modul. Sebuah modul photovoltaic umumnya terdiri dari 36 sel surya atau 33 sel, dan 72 sel. Beberapa modul photovoltaic dihubungkan untuk membentuk satu rangkaian tertentu disebut photovoltaic panel, sedangkan jika berderet-deret modul photovoltaic dihubungkan secara baris dan kolom yang disebut sebagai photovoltaic array.

photovoltaic array ditentukan oleh keseimbangan antara daya yang dihasilkan dan daya yang disuplai ke beban serta intensitas solar energi dengan menggunakan rumus:

PPV = (dl/Htd).(A/K)...[1] dimana:

PPV : kapasitas photovoltaik(Wp) dl : energi beban rata-rata(Kwh/d) A : radiasi standar(1000 Watt/m2) Htd : insolasi design(Kw/m2-a) K : faktor kerugian

Prinsip Kerja Panel Surya

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas duajenis semikonduktor yakni jenis n dan jenis p.

Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.6 Struktur semikonduktor

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1% dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping.

1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

Gambar 2.7 semikondukter jenis p dan jenis n

2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n.

Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal.

3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. Pada saat yang sama hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

Gambar 2.9 Daerah deplesi

4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.

5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah

Gambar 2. 10 Medan listrik E di daerah deplesi

7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali ke arah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain.

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap ke arah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.

Gambar 2.11 Cahaya matahari mengenai semikonduktor

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

Gambar 2.12 Photogenerasi pada semikonduktor

Cahaya matahari dengan panjang gelombang yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n.

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus

Gambar 2.13 Aliran elektron panel surya saat melayani beban

2.4 Pembangkit Tenaga Diesel

Sejak lama di desa ini pemerintah sudah mencoba menyelesaikan masalah kelistrikan dengan menggunakan mesin diesel. Banyak penduduk yang membeli mesin diesel secara pribadi tetapi tidak maksimal penggunaanya karena maintanance yang tidak baik. Ketika terjadi kerusakan tidak ada engineer yang handal dalam maintanence, sehingga tidak handal pengoperasianya selama ini. Contoh mesin diesel yang masih digunakan dapat di lihat pada gambar 2.6

Gambar 2.14 Mesin diesel dengan kapasitas 12 KVA di Desa Si Onom Hudon 7

Pusat listrik tenaga diesel (PLTD) sesuai untuk diimplementasikan pada lokasi dimana pengeluaran bahan bakar rendah, persediaan air terbatas, minyak sangat murah dibandingkan dengan batubara dan semua beban dasarnya adalah seperti yang dapat ditangani oleh mesin pembangkit dalam kapasitas kecil, serta dapat berfungsi dalam waktu yang singkat. Kegunaan utama PLTD adalah penyedia daya listrik yang dapat berfungsi untuk pusat pembangkit, cadangan (stand by plant), beban puncak dan cadangan untuk keadaan darurat. Komponen pembangkit tenaga surya dapat dilihat pada gambar 2.9.

Komponen-komponen mesin diesel adalah: 1. Fuel Tank

2. Fuel oil separator 3. Daily tank

4. Fuel oil booster 5. Diesel motor

6. Turbo charger : menaikkan efisiensi udara yang dicampur dengan bahan bakar dan menaikkan tekanan serta temperaturnya

7. Air intake filter : Perangkat untuk mengalirkan udara 8. Exhaust gas silincer: Peredam dari sisa gas yang digunakan 9. Generator : Menghasilkan energi listrik

10. Pengubah utama : Alat pengubah utama untuk menjadi energi listrik 11. Jalur transmisi : Penyaluran energi listrik ke konsumen

Gambar 2.15 Komponen PLTD.

Pembangkit listrik tenaga diesel adalah pembangkit listrik yang menggunakan mesin diesel sebagai penggerak mula (prime mover). Bahan bakar yang umum digunakan adalah minyak diesel yang biasanya disebut solar. Gas juga dapat digunakan. Daya yang dihasilkan oleh kerja motor diesel tercantum pada

P= .�. .

35 . ...[2]

di mana:

P : daya

D : tekanan efektif

v : volume langkah silinder i : jumlah silinder

n : putaran per menit

b : 2 untuk mesin 4-langkah, 1 untuk mesin 2-langkah.

Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Diesel

Gambar 2.16 Model mesin diesel

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh

energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator.

Generator adalah alat yang bekerja menggunakan prinsip percobaannya faraday yaitu memutar magnet dalam kumparan atau sebaliknya, ketika magnet digerakkan dalam kumparan maka akan terjadi perubahan fluks gaya magnet (perubahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan dan menembus tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara ujung-ujung kumparan (yang menimbulkan listrik).

Syarat utama untuk dapat menghasilkan listrik, harus ada perubahan fluks magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul listrik. Cara mengubah fluks magnetik adalah dengan menggerakkan magnet dalam kumparan atau sebaliknya dengan energi dari sumber lain, seperti angin dan air yang memutar baling-baling turbin untuk menggerakkan magnet tersebut.

Apabila suatu konduktor digerakkan memotong medan magnet maka akan timbul beda tegangan di ujung-ujung konduktor tersebut. Tegangannya akan naik saat mendekati medan dan turun saat menjauhi. Sehingga listrik yang timbul dalam siklus: positif-nol-negatif-nol (AC). Generator DC membalik arah arus saat tegangan negatif, menggunakan mekanisme cincin-belah, sehingga hasilnya jadi siklus: positif-nol-positif-nol (DC).

Prime mover merupakan peralatan yang mempunyai fungsi menghasilkan energi mekanis yang diperlukan untuk memutar rotor generator. Pada mesin

murni yang dimampatkan di dalam silinder pada tekanan yang tinggi (± 30 atm), sehingga temperatur di dalam silinder naik. Dan pada saat itu bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang bertemperatur dan bertekanan tinggi melebihi titik nyala bahan bakar sehingga akan menyala secara otomatis.

Pada mesin diesel penambahan panas atau energi senantiasa dilakukan pada tekanan yang konstan. Pada mesin diesel, piston melakukan 2 langkah pendek menuju kepala silinder pada setiap langkah daya.

1. Langkah ke atas yang pertama merupakan langkah pemasukan dan penghisapan, di sini udara dan bahan bakar masuk sedangkan poros engkol berputar ke bawah.

2. Langkah kedua merupakan langkah kompresi, poros engkol terus berputar menyebabkan torak naik dan menekan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran. Kedua proses ini (1 dan 2) termasuk proses pembakaran. 3. Langkah ketiga merupakan langkah ekspansi dan kerja, di sini kedua katup

yaitu katup isap dan buang tertutup sedangkan poros engkol terus berputar dan menarik kembali torak ke bawah.

4. Langkah keempat merupakan langkah pembuangan, disini katup buang terbuka dan menyebabkan gas akibat sisa pembakaran terbuang keluar. Gas dapat keluar karena pada proses keempat ini torak kembali bergerak naik keatas dan menyebabkan gas dapat keluar. Kedua proses terakhir ini (3 dan 4) termasuk proses pembuangan.

5. Setelah keempat proses tersebut, maka proses berikutnya akan mengulang kembali proses yang pertama, dimana udara dan bahan bakar masuk kembali.

2.5 Pembangkit Tenaga Angin/Bayu

Desa Si Onom Hudon 7 adalah daerah pegunungan yang merupakan kawasan pertanian yang memiliki kecepatan dan massa angin yang cocok untuk memutar turbin angin dapat dilihat pada Gambar 2.8.

Gambar 2.17 Kawasan pegunungan desa Si Onom Hudon 7

Komponen dari pembangkit listrik tenaga angin dapat dilihat pada gambar 2.8. Adapun komponen-komponen dari pembangkit listrik tenaga angin adalah:

1) Blades (Bilah Kipas): Kebanyakan turbin angin mempunyai 2 atau 3 bilah kipas angin yang menghembus menyebabkan turbin tersebut berputar. 2) Rotor: Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor Tower (Menara):

Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, ataupun rangka besi. Karena kencangnya angin bertambah dengan seiring dengan bertambahnya ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar tenaga angin yang didapat.

3) Pitch (Sudut Bilah Kipas): Bilah kipas dapat diatur sudutnya sesuai dengan kecepatan rotor yang dikehendaki. Tergantung kondisi angin yang terlalu rendah atau terlalu kencang.

4) Brake (Rem): Suatu rem cakram yang dapat digerakkan secara mekanis dengan bantuan tenaga listrik atau hidrolik untuk menghentikan rotor atau saat keadaan darurat.

5) Low-speed shaft (Poros Puutaran Rendah): Poros turbin yang berputar kira-kira 30-60 rpm.

6) Gear box (Roda Gigi): Roda gigi menaikkan putaran dari 30-60 rpm menjadi sekitar 1000-1800 rpm. Ini merupakan tingkat putaran standar yang disyaratkan untuk memutar generator listrik.

7) Generator: Generator pembangkit listrik, biasanya sekarang disebut alternator arus bolak-balik.

8) Controller (Alat Pengontrol): Alat Pengontrol ini men-start turbin pada kecepatan angin kira-kira 12-25 km/jam, dan kemudian mematikannya pada

kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak beroperasi di atas 90 km/jam. Hal ini dikarenakan tiupan angin yang terlalu kencang dapat merusakkannya. 9) Anemometer: Mengukur kecepatan angin dan mengirim data angin ke alat

pengontrol.

10)Wind vane (tebeng angin): Mengukur arah angin, berhubungan dengan penggerak arah yang memutar arah turbin disesuaikan dengan arah angin. 11)Nacelle (rumah mesin): Rumah mesin ini terletak di atas menara . Di

dalamnya berisi gearbox, poros putaran tinggi/rendah, generator, alat pengontrol, dan alat pengereman.

12)High-speed shaft (poros putaran tinggi): Berfungsi untuk menggerakkan generator.

13)Yaw drive (penggerak arah): Penggerak arah memutar turbin ke arah angin untuk desain turbin yang menghadap angin. Untuk desain turbin yang mendapat hembusan angin dari belakang tak memerlukan alat ini.

14)Yaw motor (motor penggerak arah): Motor listrik yang menggerakkan yaw drive.

Gambar 2.18 Pembangit listrik tenaga angin (bayu)

Kondisi angin yang memutar turbin angin berbeda-beda dapat di lihat pada tabel 2.1 dan 2.2.

Tabel 2.2 Tingkat Kecepatan Angin 10 Meter di atas Permukaan Tanah

Kelas yang berwarna merah adalah kelas angin yang memungkinkan dikonversi menjadi energi listrik, yaitu berada di kelas tiga 3 (tiga) sampai dengan 8 (delapan).

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin

Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu awalnya energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan

fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

Secara umum tempat yang cocok untuk pemasangan turbin angin antara lain adalah:

1. Celah antara gunung, tempat dijadikan nozzle yang mempercepat aliran angin

2. Dataran terbuka. Karena tidak ada penghalang yang dapat memperlambat angin. Daratan yang luas mempunyai potensi energi angin yang besar. 3. Pesisir pantai. Perbedaan suhu darat dan laut menyebabkan angin bertiup

terus menerus.

Energi angin adalah energi yang terkandung pada massa udara yang bergerak. Energi angin berasal dari energi matahari. Pemanasan bumi oleh sinar matahari menyebabkan perbedaan massa jenis udara. Perbedaan massa jenis ini menyebabkan perbedaan tekanan pada udara sehingga akan terjadi aliran fluida dan menghasilkan angin. Kondisi aliran angin dipengaruhi oleh medan atau permukaan bumi yang dilalui oleh aliran angin dan perbedaan temperatur permukaan bumi.

Bentuk energi yang terdapat pada angin yang dapat diekstraksi oleh turbin angin adalah energi kinetiknya. Angin adalah massa udara yang bergerak. Besarnya energi yang terkandung pada angin tergantung pada kecepatan angin dan massa jenis angin atau udara yang bergerak tersebut. Jika diformulasikan, besar energi kinetik yang terkandung pada angin atau udara bergerak yang bermassa m dan berkecepatan v adalah :

………[3] Dimana:

Ek = Energi kinetic (joule) m = massa udara (kg) v = kecepatan angin (m/s)

Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas R adalah :

………[4] Dimana :

P adalah daya yang dihasilkan turbin angin R adalah radius turbin angin

Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.

Potensi Angin Di Indonesia

Berdasarkan data kecepatan angin di berbagai wilayah, sumberdaya energi angin Indonesia berkisar antara 2,5 – 5,5 m/detik pada ketinggian 24 meter di atas permukaan tanah. Dengan kecepatan tersebut sumberdaya energi angin Indonesia termasuk dalam kategori kecepatan angin kelas rendah hingga menengah. Secara keseluruhan, potensi energi angin Indonesia diperkirakan mencapai 9.290 MW. Angin di wilayah Indonesia secara umum di sebelah utara khatulistiwa bertiup dari arah Barat Laut menuju Timur Laut. Sedangkan di sebelah selatan khatulistiwa bertiup dari arah Barat Daya menuju Barat Laut. Kecuali di Sumatera bagian selatan dan Jawa angin bertiup dari arah Timur menuju Tenggara.

2.6 Software HOMER

HOMER adalah singkatan dari The Hybrid Optimization Model for Electric Renewables, salah satu perangkat lunak yang paling populer saat ini untuk mensimulasikan kinerja sistem PLH baik dari sisi ekonomis maupun teknis. Homer menyediakan beberapa pilihan jenis pembangkit, baik yang menggunakan sumber energi terbarukan maupun sumber energi konvensional. Sistem hibrid yang disimulasikan dapat berupa sistem tunggal atau sebagai sebuah sistem yang

tergabung dengan grid atau sebagai sebuah unit sistem hibrid yang dilengkapi media penyimpan energi atau tanpa media penyimpan energi.

Gambar 2.10 memperlihatkan tampilan sistem hibrid yang dibangun serta hasil simulasinya. Hasil simulasi yang ditampilkan diurut berdasarkan tingkat efisiensi operasi atau biaya satuan energi yang paling rendah. Urutan yang paling atas adalah kombinasi sistem hibrid yang paling optimal atau yang paling rendah biaya satuan energinya.

Gambar 2.19 Tampilan Program HOMER

Perangkat lunak HOMER mensimulasikan operasi sistem dengan menyediakan perhitungan keseimbangan daya antara daya yang dapat dibangkitkan

kapan seharusnya beroperasi dan berapa daya yang harus dibangkitkan. Demikian pula jadwal pengisian atau pengosongan baterai. Selanjutnya HOMER menentukan konfigurasi sistem terbaik dan kemudian memperkirakan biaya instalasi dan operasi sistem selama masa operasinya seperti biaya awal, biaya penggantian komponen, biaya O&M, biaya bahan bakar, dan lain-lain.

Saat melakukan simulasi, HOMER menentukan semua konfigurasi sistem yang mungkin, kemudian ditampilkan berurutan menurut net presents costs - NPC atau disebut juga life cycle costs. Jika analisa sensitivitas diperlukan, HOMER akan mengulangi proses simulasi untuk setiap variabel sensitivitas yang ditetapkan. Kesalahan relatif tahunan sekitar 3% dan bulanan sekitar 10%. Gambar 2.11 menunjukkan arsitektur HOMER yang terdiri atas tiga bagian utama yaitu input, simulasi dan output.

Gambar 2.20 Arsitektur Simulasi dan Optimasi HOMER

2.7 Model Ekonomi

2.7.1 Biaya sikulus hidup/Net Present Cost(NPC)

Yaitu biaya Net Total Masa Kini, merupakan keluaran ekonomi yang paling utama untuk nilai suatu sistem pada PLH, HOMER akan mengurutkan data hasil keluaran simulasi dan optimasi berdasar nilai NPC terendah. Total NPC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut ini :

���� = _{� ,�}, ………...[5]

CRF i, N = ₊+_��₋ ………..…………[6]

Dengan :

Cann,tot : total biaya tahunan ($/tahun) CRF : faktor penutupan modal

I : suku bunga (%)

Rproj : lama waktu suatu proyek N : jumlah tahun

Cgen,fixed = Com,gen ,

� + Fo Ygen Cfuel, eff...[7]

Dengan :

Ccom,gen : biaya O&M ($/jam) Crep,gen : biaya penggantian Rgen : lifetime

Fo : koefisien generator (kW) Cfuel,eff : harga bahan bakar

2.7.3 Syarat Batas Biaya Energi (Levelized Cost of Energy)

Levelized cost of energy (COE) didefinisikan sebagai biaya rata per kWh produksi enegi listrik yang terpakai oleh sistem. Untuk menghitung COE, biaya produksi energi listrik tahunan dibagi dengan total energi listrik terpakai yang diproduksi, dengan persamaan sebagai berikut :

CO= ,

,� + , + ...[8]

Dengan :

Cann,tot : biaya total sistem tahunan ($/tahun)

Eprim,AC : beban AC utama yang terpenuhi (kWh/tahun) Edef : beban deferrable yang terpenuhi (kWh/tahun) Egrid,sales = total penjualan grid (kWh/tahun)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Surat kabar harian Analisa 4 Januari 2016 menyatakan bahwa sampai akhir 2015 sebanyak 319 desa di Sumatera Utara belum menikmati listrik. Menurut undang-undang ketenagalistrikan nomor 30 tahun 2009 pasal 4 ayat 3 mengamanatkan kepada Pemerintah dan Pemerintah Daerah untuk menyediakan dana dalam pengembangan listrik pada kelompok masyarakat tidak mampu, pembangunan sarana penyediaan tenaga listrik di daerah yang belum berkembang, pembangunan tenaga listrik di daerah terpencil dan perbatasan serta listrik perdesaan. Salah satu desa yang dimaksut adalah desa Si Onom Hudon 7.

Desa Si Onom Hudon 7 adalah desa terbelakang yang terletak di Kecamatan Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara. Daerah ini sudah lama ditempati oleh masyarakat tetapi masih sangat tertinggal dibandingkan dengan daerah lain di Sumatera Utara. Desa Si Onom Hudon 7 memiliki potensi pertanian yang sangat menjanjikan memiliki tanah yang subur terbukti dengan kualitas hasil pertanian yang berasal dari daerah ini yang berkualitas walau dikelola dengan cara tradisional. Letak desa si omom hudon 7 dapat di lihat pada gambar 1.1

Gambar 1.1 Peta letak desa Si Onom Hudon 7

Sayang masyarakat cenderung meninggalkan daerah ini karena tidak tahan dengan ketertinggalan yang berpengaruh terhadap perekonomian mereka. Desa Si Onom Hudon 7 ini sangat jauh di pedalaman Sumatera Utara. Kondisi desa dapat dilihat pada Gambar 1.2 dan kondisi perumahan masyarakat dapat dilihat pada gambar 1.3.

Gambar 1.3 Kondisi salah satu rumah di Desa Si Onom Hudon 7

Penduduk di desa si onom hudon 7, 80% adalah suku batak pakpak dan 20% suku batak toba. Hampir 95% penduduk memeluk agama Kristen. Potret penduduk setempat dapat dilihat pada Gambar 1.4.

Untuk menuju daerah ini kita menempuh jarak kurang lebih 160 km dari kota Medan. Daerah ini bukanlah daerah yang mudah ditempuh, karena selain jarak yang jauh juga memiliki medan yang bergunung-gunung. Kondisi jalan sulit dilalui. Dari Parlilitan kita bisa berkendara setengah perjalanan, dan setengah perjalanan selanjutnya harus kita tempuh dengan berjalan kaki. Karena kondisi medan yang bergunung-gunung, banyak sungai, batu, rawa yang menyebabkan daerah ini tidak mungkin dilalui dengan berkendara.

Masalah belum adanya listrik di daerah ini akibat jarak yang terlalu jauh, dengan beban tak seberapa menyebabkan PLN kesulitan untuk melakukan elektrifikasi ke daerah ini. Daerah ini berpotensi untuk dibangun pembangkit-pembangkit listrik terbarukan. Adapun potensi yang dapat dioptimalkan adalah angin dan surya. Memiliki radiasi matahari harian dengan intensitas yang tinggi sama seperti daerah Sumatera Utara lainya yang sangat bagus didirikan pembangkit tenaga surya. Juga memiliki kecapatan dan massa angin yang cocok untuk memutar turbin angin. Untuk melayani beban demikian, kita merencanakan pembangkit listrik hibrid yang terdiri dari pembangkit tenaga angin, surya dan diesel. Untuk mengoptimasi kinerja pembangkit hibrid ini, kita menggunakan alat bantu software HOMER.

Studi kelayakan suatu sistem pembangkit hibrid melibatkan proses yang rumit, disebabkan beberapa faktor penting dan saling berkaitan harus dipertimbangkan seperti faktor teknis, ekonomi, dan lingkungan hidup. Dari segi teknis, beberapa hal yang perlu diperhatikan misalnya jumlah dan jenis generator yang digunakan (energi terbarukan dan/atau konvensional), penyimpanan energi,

konverter, beban, apakah tersambung grid atau tidak, kombinasi optimal dari komponen sistem, kinerja sistem, kontrol, dan sebagainya.

Dari segi ekonomi desainer sistem perlu memperhitungan life cycle costs seperti biaya awal, biaya operasional dan perawatan (O&M), biaya decommissioning dan sebagainya. Sedangkan aspek lingkungan yang perlu dimasukkan ke dalam pertimbangan desain antara lain emisi gas rumah kaca yang meliputi jenis, jumlah, dan carbon content bahan bakar yang digunakan. Studi kelayakan akan semakin rumit jika calon investor misalnya, meminta analisa sensitifitas (sensitivity analysis) dimasukkan.

Pemodelan menggunakan program komputer adalah pilihan yang dapat mempermudah, mempercepat, dan lebih hemat biaya. Tugas Akhir ini membahas tentang penggunaan program HOMER untuk merancang sistem pembangkit hibrid di sebuah desa terpencil di Provinsi Sumatera Utara bernama desa Si Onom Hudon 7, yang memanfaatkan sumber energi terbarukan lokal. Energi sinar matahari, angin, generator diesel, konverter dan baterai digunakan untuk memberikan suplai listrik kepada masyarakat desa setempat. Penggunaan HOMER telah membuat proses studi kelayakan ini menjadi lebih efektif dan efisien dengan memasukkan semua faktor di atas ke dalam desain sistem.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah :

2. Bagaimana cara mengoptimasi pembangkit listrik hibrid (angin surya dan diesel) di desa Si Onom Hudon 7?

3. Untuk mengetahui pengaruh energi terbarukan terhadap biaya pembangunan pembangkit?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah :

1. Untuk memberikan contoh solusi kelistrikan desa tertinggal di Indonesia. 2. Untuk mengetahui kondisi paling optimal dari pembangkit hibrid yang akan

direncanakan di desa Si Onom Hudon 7.

3. Untuk mengetahui pengaruh energi terbarukan terhadap biaya pembangunan suatu pembangkit.

1.4 Batasan Masalah

1. Pembangkit hibrid yang akan direncanakan adalah di desa Si Onom Hudon 7.

2. Pembangkit hibrid yang dibahas hanya pembangkit tenaga surya, angin, dan diesel.

3. Analisis dan percobaan disimulasikan menggunakan software HOMER.

1.5 Manfaat Tugas Akhir

Tugas akhir ini dapat menjelaskan bagaimana cara menjawab permasalahan akan kebutuhan energi listrik di desa Si Onom Hudon 7 Kecamatan Parlilitan Kabupaten Humbang Hasundutan Provinsi Sumatera Utara meliputi biaya, optimasi daya, kombinasi kerja dan keuntungan dari segi ekonomi, dan juga emisi

gas yang dihasilkan. Diharapkan juga dapat menjadi contoh solusi di seluruh wilayah indonesia untuk mengatasi masalah kelistrik desa tertinggal.

TUGAS AKHIR

OPTIMASI PEMBANGKIT LISTRIK HIBRID

(DIESEL-SURYA-ANGIN) DI DESA SI ONOM HUDON 7 KECAMATAN

PARLILITAN KABUPATEN HUMBANG HASUNDUTAN

PROVINSI SUMATERA UTARA

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Energi Listrik

Oleh:

Juanda A M Hasugian

NIM: 110402034

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKUTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan kesanggupan dan kekuatan kepada penulis untuk untuk menyusun dan menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuh persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Adapun judul tugas akhir ini adalah :

“

OPTIMASI PEMBANGKIT LISTRIK HIBRID

(DIESEL-SURYA-ANGIN) DI DESA SI ONOM HUDON 7 KECAMATAN

PARLILITAN KABUPATEN HUMBANG HASUNDUTAN

PROVINSI SUMATERA UTARA

”

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang tercinta yaitu Ayahanda Pada Hasugian beserta Ibunda tercinta Tioradan Tumanggor. Kepada Ito saya Lenni Hasugian, Lisna Hasugian, Laura Hasugian, Nurizah Hasugian, Ester Hasugian. Dan kepada Adek saya Andrie Hasugian dan Daniel Hasugian yang selalu menjadi sumber semangat dan motivasi serta doa-doa yang memampukan penulis menyelesaikan masa studi dan menyusun Tugas Akhir ini.

Selama masa kuliah hingga penyelesaian tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim , M. Si., sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan banyak waktu dan pikiranya untuk mengarahkan dan membimbing saya selama penyusunan Tugas Akhir ini, dan juga selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah banyak memberikan bimbingan selama perkuliahan.

2. Bapak Ir. Eddy Waman M.T., selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Raja Harahap M.T., selaku dosen penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.

4. Bapak Rahmad Fauzi ST, MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU dan juga sebagai dosen pembimbing akademik penulis. 5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan

pelajaran hidup yang berharga selama penulis menjalani masa perkuliahan. 6. Seluruh Staf Pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah

membantu penulis dalam pengurusan administrasi.

7. Kepada Inang Uda dan Uda Ita, Namboru dan Amang Boru Pedrik yang telah menjadi induk semang penulis selama perkuliahan.

8. Kawan-kawan satu angkatan Teknik Elektro 2011, abang kakak senior dan adek-adek junior yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu. 9. Semua komponen pelayanan AKK, PKK, Koordinasi dan Alumni UKM

KMK USU.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih belum sempurna karena masih terdapat kekurangan dalam isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang terkait tugas akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembacanya.

Medan, April 2016

Penulis Juanda Hasugian

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK……….………...i

KATA PENGANTAR………...ii

DAFTAR ISI………v

DAFTAR GAMBAR………viii

DAFTAR TABEL………...………xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang………1

1.2 Perumusan Masalah………5

1.3 Tujuan……….6

1.4 Batasan Masalah……….6

1.5 Manfaat Tugas Akhir………..6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sistem Pembangkit Listrik Hibrid………...8

2.2 Energi Terbarukan (Renewable Energy)……….13

2.3 Pembangkit Tenaga Surya………....15

2.4 Pembangkit Tenaga Diesel………...26

2.5 Pembangkit Tenaga Angin/Bayu………..32

2.6 Software HOMER……….39

2.7 Model Ekonomi………42

2.7.1 Net Present Cost…………...……….42

3.1 Tempat dan Waktu………45

3.2 Bahan dan Peralatan………..45

3.3 Pelaksanaan Penelitian………..45

3.4 Variabel yang Diamati………..………45

3.5 Prosedur Penelitian………...46

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Informasi Umum Desa Si Onom Hudon 7………...…..…50

4.2 Analisi Beban Listrik Desa Si Onom Hudon 7………..50

4.3 Perancangan dan Optimasi Pembangkit Listrik Hibrid………54

4.3.1 Sistem Diesel Tunggal………...………54

4.3.2 Sistem Hibrid Diesel-Surya………...59

4.3.3 Sistem Hibrid Diesel-Angin………...69

4.3.4 Sistem Hibrid Diesel, Surya dan Angin………..76

4.4 Analisis Parameter………83

4.4.1 Net Present Cost (NPC)……….83

4.4.2 Capital cost………84

4.4.3 Fuel Consumtion………...……….85

4.4.4 COE (Cost of Energy)………..…….…86

4.4.5 Emisi gas karbon………87

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan………...89

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Peta letak desa Si Onom Hudon 7………...2

Gambar 1.2 Kondisi Desa Si Onom Hudon 7………....2

Gambar 1.3 kondisi salah satu rumah di Desa Si Onom Hudon 7………..3

Gambar 1.4 Masyarakat di desa Si Onom Hudon 7………...3

Gambar 2.1 Contoh Parallel hybrid system………..……..11

Gambar 2.2 Parallel hybrid system dengan photovoltaic………...11

Gambar 2.3 kondisi radiasi matahari di salah satu sudut Desa Si Onom Hudon 7………..………15

Gambar 2.4 Solar Sel………...…17

Gambar 2.5 Sistem pembangkit tenaga surya……….16

Gambar 2.6 Struktur semikonduktor………...20

Gambar 2.7 Semikonduktor jenis p dan jenis n………...21

Gambar 2.8 elektron dan hole dalam arah yang berbeda dalam semikonduktor...22

Gambar 2.9 Daerah deplesi...22

Gambar 2.12 Photogenerasi pada semikonduktor...25

Gambar 2.13 Aliran elektron panel surya saat melayani beban...26

Gambar 2.14 Mesin diesel dengan kapasitas 12 KVA di Desa Si Onom Hudon 7.27 Gambar 2.15 Komponen PLTD………..……....28

Gambar 2.16 Model mesin diesel………29

Gambar 2.17 Kawasan pegunungan desa Si Onom Hudon 7…………..……..…..32

Gambar 2.18 Pembangit listrik tenaga angin (bayu)………..……...35

Gambar 2.19 Tampilan Program HOMER……….40

Gambar 2.20 Arsitektur Simulasi dan Optimasi HOMER………..42

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian………47

Gambar 4.1 Grafik perkiraan Peramalan beban desa Si Onom Hudon 7………….52

Gambar 4.2 Sistem Genset tunggal………...54

Gambar 4.3 Tampilan harga bahan bakar pada HOMER………....55

Gambar 4.4 tampilan indeks bunga dan project lifetime pada HOMER…………..56

Gambar 4.5 Tampilan spesifikasi genset pada HOMER……….56

Gambar 4.6 Total NPC paling optimum sistem pembangkit genset tunggal……..57

Gambar 4.8 Rata-rata radiasi matahari bulanan pada permukaan horizontal di desa

Si Onom Hudon 7………...60

Gambar 4.9 Spesifikasi modul surya pada HOMER………...62 Gambar 4.10 Spesifikasi baterai yang digunakan pada HOMER dalam sistem

diesel-surya………....63

Gambar 4.11 Spesifikasi konverter yang digunakan diesel-surya pada HOMER...64 Gambar 4.12 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya

(D32+S10)………..65

Gambar 4.13 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan PV (D32+S10).66 Gambar 4.14 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya

(D32+S20)………..67

Gambar 4.15 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan PV (D32+S20).68

Gambar 4.16 Sistem hibrid diesel-angin………69 Gambar 4.17 Spesifikasi turbin angin pada HOMER………70 Gambar 4.18 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-angin

(D32+A10)……….71

Gambar 4.19 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan turbin angin

Gambar 4.21 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-angin

(D32+A20)……….74

Gambar 4.22 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan turbin angin (D32+A20)……….75

Gambar 4.23 Sistem hibrid diesel-surya-angin………..76

Gambar 4.24 Kecepatan angin rata-rata tahunan di desa Si Onom Hudon………77

Gambar 4.25 Spesifikasi turbin angin yang digunakan dalam sistem diesel-surya-angin pada HOMER………...79

Gambar 4.26 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya-angin (D32+A10+S10)………...81

Gambar 4.27 Diagram perbandingan suplai daya genset, turbin angin dan PV…81 Gambar 4.28 Perbandingan Net Present Cost (NPC)………...…….84

Gambar 4.29 Perbandingan Capital Cost………...85

Gambar 4.30 Perbandingan Fuel Consumtuion……….86

Gambar 4.31 Perbandingan COE………...87

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Peta letak desa Si Onom Hudon 7………...2

Gambar 1.2 Kondisi Desa Si Onom Hudon 7………....2

Gambar 1.3 kondisi salah satu rumah di Desa Si Onom Hudon 7………..3

Gambar 1.4 Masyarakat di desa Si Onom Hudon 7………...3

Gambar 2.1 Contoh Parallel hybrid system………..……..11

Gambar 2.2 Parallel hybrid system dengan photovoltaic………...11

Gambar 2.3 kondisi radiasi matahari di salah satu sudut Desa Si Onom Hudon 7………..………15

Gambar 2.4 Solar Sel………...…17

Gambar 2.5 Sistem pembangkit tenaga surya……….16

Gambar 2.6 Struktur semikonduktor………...20

Gambar 2.7 Semikonduktor jenis p dan jenis n………...21

Gambar 2.8 elektron dan hole dalam arah yang berbeda dalam semikonduktor...22

Gambar 2.9 Daerah deplesi...22

Gambar 2.10 Medan listrik E di daerah deplesi...23

Gambar 2.12 Photogenerasi pada semikonduktor...25

Gambar 2.13 Aliran elektron panel surya saat melayani beban...26

Gambar 2.14 Mesin diesel dengan kapasitas 12 KVA di Desa Si Onom Hudon 7.27 Gambar 2.15 Komponen PLTD………..……....28

Gambar 2.16 Model mesin diesel………29

Gambar 2.17 Kawasan pegunungan desa Si Onom Hudon 7…………..……..…..32

Gambar 2.18 Pembangit listrik tenaga angin (bayu)………..……...35

Gambar 2.19 Tampilan Program HOMER……….40

Gambar 2.20 Arsitektur Simulasi dan Optimasi HOMER………..42

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian………47

Gambar 4.1 Grafik perkiraan Peramalan beban desa Si Onom Hudon 7………….52

Gambar 4.2 Sistem Genset tunggal………...54

Gambar 4.3 Tampilan harga bahan bakar pada HOMER………....55

Gambar 4.4 tampilan indeks bunga dan project lifetime pada HOMER…………..56

Gambar 4.5 Tampilan spesifikasi genset pada HOMER……….56

Gambar 4.6 Total NPC paling optimum sistem pembangkit genset tunggal……..57

Gambar 4.8 Rata-rata radiasi matahari bulanan pada permukaan horizontal di desa

Si Onom Hudon 7………...60

Gambar 4.9 Spesifikasi modul surya pada HOMER………...62 Gambar 4.10 Spesifikasi baterai yang digunakan pada HOMER dalam sistem

diesel-surya………....63

Gambar 4.11 Spesifikasi konverter yang digunakan diesel-surya pada HOMER...64 Gambar 4.12 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya

(D32+S10)………..65

Gambar 4.13 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan PV (D32+S10).66 Gambar 4.14 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya

(D32+S20)………..67

Gambar 4.15 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan PV (D32+S20).68

Gambar 4.16 Sistem hibrid diesel-angin………69 Gambar 4.17 Spesifikasi turbin angin pada HOMER………70 Gambar 4.18 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-angin

(D32+A10)……….71

Gambar 4.19 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan turbin angin

(D32+A10)……….72

Gambar 4.21 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-angin

(D32+A20)……….74

Gambar 4.22 Diagram perbandingan suplai daya genset dengan turbin angin (D32+A20)……….75

Gambar 4.23 Sistem hibrid diesel-surya-angin………..76

Gambar 4.24 Kecepatan angin rata-rata tahunan di desa Si Onom Hudon………77

Gambar 4.25 Spesifikasi turbin angin yang digunakan dalam sistem diesel-surya-angin pada HOMER………...79

Gambar 4.26 Total NPC paling optimum sistem pembangkit hibrid diesel-surya-angin (D32+A10+S10)………...81

Gambar 4.27 Diagram perbandingan suplai daya genset, turbin angin dan PV…81 Gambar 4.28 Perbandingan Net Present Cost (NPC)………...…….84

Gambar 4.29 Perbandingan Capital Cost………...85

Gambar 4.30 Perbandingan Fuel Consumtuion……….86

Gambar 4.31 Perbandingan COE………...87

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Tabel Kondisi Angin………...………35

Tabel 2.2 Tingkat Kecepatan Angin 10 Meter di atas Permukaan Tanah…………36

Tabel 4.1 Perkiraan beban listrik desa Si Onom Hudon 7………...51

Tabel 4.2 Ramalan beban desa Si Onom Hudon 7………...53

Tabel 4.3 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel tunggal……….57

Tabel 4.4 Analisis sensitivitas sistem pembangkit genset tunggal………..57

Tabel 4.5 Analisis emisi sistem genset tunggal………...58

Tabel 4.6 Rata-rata radiasi matahari desa Si Onom Hudon 7………..60

Tabel 4.7 Perkiraan Biaya PLTS………61

Tabel 4.8 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya (D32+S10)………….64

Tabel 4.9 Analisis sensitivitas sistem pembangkit diesel-surya (D32+S10)……...65

Tabel 4.10 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+S10)………..66

Tabel 4.11 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya (D32+S20)………...66

Tabel 4.12 Analisis sensitivitas sistem pembangkit diesel-surya (D32+S20)…….67

Tabel 4.13 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+S20)………..68

Tabel 4.15 Analisis sensitivitas sistem pembangkit diesel-surya (D32+A10)……71

Tabel 4.16 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+A10)……….72

Tabel 4.17 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-angin (D32+A20)………..73

Tabel 4.18 Analisis sensitivitas sistem pembangkit diesel-surya (D32+A10)……74

Tabel 4.19 Analisis emisi sistem diesel-surya (D32+A20) ………75

Tabel 4.20 kecepatan angina di desa Si Onom Hudon 7………..77

Tabel 4.21 Perkiraan Biaya PLTAngin………..78

Tabel4.22 Kondisi optimal sistem pembangkit diesel-surya-angin(D32+A10+S10)………79

Tabel 4.23 analisis sensitivitas pembangkit diesel-surya-angin (D32+A10+S10)..80

Tabel 4.24 Analisis emisi sistem diesel-surya-angin………..82

Tabel 4.25 Perbandingan NPC………83

Tabel 4.26 Perbandingan Capital Cost………84

Tabel 4.27 Perbandingan Fuel Consumtion………85

Tabel 4.28 Perbandingan COE………...86